JPH0224693A - ナビゲーシヨンシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ケ）技術分野 この発明は、自動車用ナビゲーションシステムの改良に
関する。ナビゲーションシステムは、自動車の現在位置
を検出し、運転者に現在位置、目的地に関する情報を提
供するものである。

自動車の速度を検出するためには、車輪速センサーを用
いる。これは、多数の歯を周縁に有する強磁性体の円板
を車軸に取付け、これに対向してピックアップコイルを
車体側に取付けたものである。

ピックアップコイルは強磁性体のコアに巻いており、こ
の背後に永久磁石が固着しである。車輪とともに円板（
エキサイタともいう）も回転する。

歯先と歯底がピックアップコイルに交互に対向スるが、
このたびに磁束変化が起きるので、ピックアップコイル
に起電力が生ずる。歯数をＮとすると、車輪が１回転す
るごとに、Ｎ個のパルスが生じる。このパルス数を計数
すると、単位時間内の走行距離つまり速度が求まる。

また、自動車の向きを知るため地磁気センサーを用いる
。これは、地磁気の方向に対して、自動車がどのような
角度をなしているかを求めるものである。

地磁気センサーは可飽和強磁性体のリングコアを用いる
。りングコアの周縁に励磁コイルを巻く。

リングコアの直径方向に互に直交するＸ検出コイル、Ｙ
検出コイルを巻く。このような３つのコイルを有するセ
ンサーである。

励磁コイルには、リングコアが丁度飽和するだけの振幅
の交流電流を流してお（。地磁気がこれに相加されるか
ら、地磁気と平行な方向の磁束は飽和し、反平行な方向
の磁束は不飽和となる。すると直径上に張りわたされた
検出コイルに起電力が生ずる。この起電力は地磁気の大
きさに比例する。

それゆえ、Ｙ検出コイルのコイル面と地磁気のなす角を
θとすると、Ｘ％Ｙ検出コイルの起電力ｖＸ、ｖｙは ｖｘ＝ｖｏｃＯＳθ　　　　　　　　（１）Ｖｙ：Ｖｏ
ｓｌｎθ　　　　　　　　　（２）という関係を満足す
る。Ｖｘ、　Ｖ、からθを求める事ができる。

車輪速をｖ（ｔ）とする。最初の自動車の位置をＸｏ、
Ｙとすると、時刻ｔでの自動車の位置Ｘ（ｔ）、Ｙ（ｔ
）は、ｖ（ｔ）にＣＯＳθ、ｓｉｎθを乗じたものを積
分して得られる。

という事になる。これは前進だけの場合は正しいが、バ
ック走行が含まれると正しくない。地磁気センサーは前
進と後進とを区別する事ができない。

車輪速センサーもパルス数を計えるだけであるので、速
度の絶対値が分るが、前後進の区別がない。

バック走行の場合、前記ふたつのセンサーだけでは、こ
れがわからない。

０）従来技術 従来、バック走行を検出するために、トランスミッショ
ンのバックポジションスイッチ、又はバックランプのオ
ン信号などを用いていた。

第３図に略図を示す。バック走行する時は、ギヤをバッ
クに切換えるので、バックポジションスイッチ６がオン
になる。またバックランプ１８が点灯する。ランプの点
灯をホトダイオードで検知すればバック走行である事が
わかる。

バック走行である事を、バック特性函数Ｂで表現する。

バック走行であればＢ（ｔ）＝１、そうでなければｎ（
ｔ）＝ｏとする。

バック走行であれば、進行方向はθではなく（θ＋π）
である。πは１８００である。そこで（３）、（４）式
を修正し、バック走行の時は角度を（ｅ＋π）して積分
するようにする。

←）発明が解決しようとする問題点 こうすればバック走行も正しく把握できるはずである。

ところが必ずしもそうではない。トランスミッションが
ニュートラルである場合Ｂ　（ｔ）＝　０となるので、
これは前進という事になる。

ニュートラルであって、自動車が停止、前進、後進して
いる場合がある。このうち前２者の場合は問題がない。

しかし、ニュートラルであって後進しているという事も
ありうる。頻繁には起りえないにしても、このような可
能性がある。

通常に平行する時は問題ない。しかし、車庫入れ、車庫
出しの場合や、狭い道路で対向車を避ける場合など、前
進、後進を切り換えながら、僅かずつ移動するという事
がある。

前進と後進の切換えの途中、或は後進から前進への切換
えの途中でニュートラルのまま惰性走行する場合がある
。

そうすると、ニュートラルで後進するということもあり
うる。この場合、第３図のバックポジションスイッチ６
はオフである。したがって、Ｂ−０となり前進というよ
うに認識される。

そうすると、実際には後進しているにも拘らず、計算上
は前進という事になる。この状態がｔ１〜ｔ２続いたと
すると、距離演算のエラーＥＸ％ＥＹが生ずる。

という事になる。走行距離は短いが、誤差はその２倍に
なる。これはナビゲーションシステムの精度を損うもの
である。

方位検出のためのセンサーとして地磁気センサーを用い
る場合は、これだけの誤差で済む。しかし、左右の車輪
回転数の差によって、方位を検出するようにしたセンサ
の場合、誤差の発生はより深刻なものになる。

つまり、前の左右車輪に、あるいは後の左右車輪に回転
センサーをとりつけ、その速度の差により角度変化を求
めるようにした方位センサーである。すなわち、左、右
車輪の速度をＵｅ１Ｕｒ１車輪の間隔をＬとすると、角
度変化ｅは によって求められる。ところが、後進しているのに、前
進しているというように誤って計算されると、角度変化
が・反対になる。そうすると、（角度）方位について、
著しい差が生ずる。

第４図（ａ）、（ｂ）によって説明する。

実際には（ａ）に示すように、点イから点口までトラン
スミッションのギヤを後進にして移動し、点口でニュー
トラルにして後進しつづけ、点ハで停止し、ギヤを前進
に入れて点二へ進んだものであるとする。

計算の結果では（ｂ）に示すようになる。点イから点口
までバックギヤで後進しているところは正しく再現でき
る。しかし、ここでニュートラＭ”４するので前進とい
う事になり、左車輪速Ｕｅが右車輪速Ｕ、より大きいの
で前へ右折したということになる。

これが点口から点へまでの軌跡である。点口〜点ハ（ａ
図）の軌跡の反対になる。すると、点へから前進し点ト
ヘ至るようになる。これは方向角が全く異なるという事
になる。

点口〜点ハでの方向角の誤差は（９）からという事にな
る。

これは角度の誤差であるから、誤差が積分の中へ残り、
著しい誤差を生じてゆくことになる。

００　　目　　　　　的 トランスミッションがニュートラルであって、惰性運動
する時、前進しているのと後進しているのと全区別でき
るようにしたナビゲーションシステムを提供する事が本
発明の目的である。

（３）構　成 第３図の従来例では、バックポジションスイッチがオフ
（Ｂ＝Ｏ）である時に、ニュートラルに入っているのか
、又はドライブ（前進）に入っているのか分らない。分
らないために、ニュートラルで惰性後進するものが、前
進というように認識される。

そこで、本発明では、ニュートラルポジションスイッチ
からの信号もシステムの中へとりこむようにするのであ
る。ニュートラルポジションに入っているのを、特性函
数Ｎで表わす。Ｎ＝１ならニュートラル、Ｎ＝０ならニ
ュートラルでない。

バックポジションとニュートラルポジションとは、同時
に選択される事がない。これを論理演算でかくと、 ＢＮ＝０ という事である。しかしながら、バックポジションとニ
ュートラルポジションに入っている状態が背反事象では
あるが、択一的に選ばれるわけではない。この他に、前
進（ドライブ）状態がある。

これをＦで表現すると、Ｆは、ニュートラルでも、バッ
クでもない、という事であるので、Ｆ＝ＢＮ によって表現できる。

さて、ニュートラルポジションスイッチト、バックポジ
ションスイッチの信号とを使う事にすると、惰性走行す
る場合、前進しているのか、後進しているのかという事
が分る。

惰性走行するのは、ニュートラルに入っていて、車輪速
が０でないという事で分る。前進か後進かということは
、直前のギヤ位置から分る。

ニュートラルになる直前に、バックに入っていたとすれ
ば、これは惰性後進という事である。

第１図は本発明のナビゲーションシステムの概略構成図
である。

左右の車輪に車輪速センサーｌａ、ｌｂが設けられる。

前車輪でも後車輪でもよい。

これは車輪の回転と同一速度で回転する強磁性体の歯車
であるエキサイタ２０と、ピックアップコイル２１とよ
りなる。ピックアップコイル２１は強磁性体コアにコイ
ルを巻き、コアの後に、永久磁石を取りつけたものであ
る。ピックアップコイル２１の端面は、エキサイタ２０
の周面に近接している。

ピックアップコイル２１は車体側に取付けられており、
固定されている。エキサイタ、ピックアップコイルのコ
ア、永久磁石は、閉磁路の一部全形成する。エキサイタ
の歯底がコアに対向する時、磁束は弱まり、エキサイタ
の歯先がコアに対向する時、磁束は強められる。エキサ
イタの歯数をＺとする。エキサイタが１回転するごとに
、Ｚ回磁束は強弱変化する。これはピックアップコイル
の起電力となる。これは正弦波であるが、矩形波に変換
して、パルス数を計える。

車輪の周長をｌとすると、 単位時間内の計数パルス数がＰであれば、速度Ｕは という事になる。速度Ｕが分るので車輪速センサという
。ただし、スリップしている場合もあるから、車速と直
ちに等しいわけではない。

車輪速センサー１は、この他にも、車輪にそって永久磁
石のＮＳ極を多数交互に並べた磁気ベルトと、磁気抵抗
素子を組合わせたものがある。車輪速センサーの内容は
任意である。

地磁気センサー２は、地磁気の方向に対して、自動車が
どの方向を向いているのかを調べるものである。これは
可飽和強磁性体リングコアの直径方向に互に直交するＸ
検出コイル、Ｙ検出コイルを巻き、周縁に励磁コイルを
巻いたものである。

励磁コイルに、リングコアが飽和する強さの振幅の交番
電流を流す。検出コイルは、リングコアを直径方向に巻
いているので、回転方向の磁束は鎖交磁束として現われ
ない。地磁気が励磁コイルの磁界に加わると、地磁気の
方向にはコアが飽和し、反対の方向には不飽和となる。

このため、検出コイルに鎖交磁束が生じ、この微分とし
ての起電力が発生する。Ｘ検出コイルの起電力Ｖｘ、　
Ｘ検出コイルの起電力は、地磁気とＹ検出コイルのなす
角をｅとして、 Ｖｘ＝　Ｖｏｃｏｓ　ｅ　　　　　　　　　　　（１４
）Ｖｙ＝　ＶＯ５１ｎθ　　　　　　　　　（１０とい
う関係がある。これから、地磁気の比に対して、自動車
のなす角ｅが求められる。

これはフラックスゲート型地磁気センサーと呼ばれる事
がある。

ナビゲーションコントロールユニット３は、演算装置で
ある。これは地磁気センサー２、車輪速センサー１の初
期設定値を記憶している。そして、初期位置（Ｘｏ、Ｙ
ｏ）からの走行によって、現在の位置がどのようである
かを、（３）、（４）式のような式によって演算する。

さらに、これは、地図とともに表示装置４に表示される
。指示入力装置５は表示装置４に、地図と現在位置とを
どのように表示すべきであるのかを指示するためのもの
である。

さらに、バックポジションスイッチ６及びニュートラル
ポジションスイッチ７からのバック信号Ｂ１ニュートラ
ル信号Ｎをナビゲーションコントロールユニット３に入
力するようにしている。

バックポジションスイッチ６というのは、トランスミッ
ションギヤが、バック位置に入っている時にオンとなる
スイッチである。これは新しく設けてもよいし、既存の
リレー　スイッチなどの信号を取るようにする事もでき
る。

ニュートラルポジションスイッチ７は、トランスミッシ
ョンギヤがニュートラルの状態のときにオンとなるスイ
ッチである。このスイッチも新しく設けてもよいし、既
存のものを用いてもよい。

ニュートラルポジションスイッチ７の信号をも取り入れ
る、という事が本発明の新規なところである。

第２図はナビゲーションコントロールユニット３の内容
を示す。

地磁気センサーインタフェース８は、地磁気センサー２
からの信号を増幅、波形整形、整流などするものである
。

カウンタ９ａｓ　９ｂは、車輪速センサー１ａｉｂから
やってくる車輪速パルスを計数するものである。

ニュートラル信号インタフェース１ｏは、ニュートラル
ポジションスイッチ７のオン・オフ信号を取込むための
ものである。

バック信号インタフェース１１は、バックポジションス
イッチ６のオン・オフ信号を取込むためのものである。

ＲＯＭ１３は位置検出のための演算に関するプログラム
を記憶している。

ＲＡＭ１４は演算のワークエリアや定数を記憶するため
のものである。特に、地磁気センサー、車輪速センサー
の自動車ごとの個性によって異なる初期設定値を記憶し
ている。

演算装置１２は、これらの定数と、センサー１．２から
の現在測定値とを使って、ある起点（Ｘｏ、Ｙｏ）から
の運動距離を積分して、現在位置（ｘ、ｙ）を演算する
。

第６図に演算の方法を示す。ある一定時間間隔ごとに、
車輪速パルス数と、方位θとを求め、これを積分してゆ
くわけである。走行距離を１１、Ａ’＋、・・・、方位
角をθとすると、折線によって走行軌跡を近似して、 Ｘ−Σｌ　１ｃｏｓ　ｅ　１　　　　　　　　　　（１
６）Ｙ　−＋　２　（Ｉｉｓｉｎθｉ　　　　　　　　
　　（１７）を演算してゆく。

スイッチインタフェース１５は指示入力装置５の信号を
ユニット３内に伝えるものである。

出力インタフェース１６は、演算の結果求まった現在位
置と、地図とを表示装置４へ伝送するものである。

さらに、ニュートラルになった時、直前のバックスイッ
チの状態がオンであったかオフであったかを記憶するバ
ックメモリを設ける。これは演算装置１２のソフトウェ
アで実質的に設ける事もできる。

また、ニュートラル信号でセットリセットされ、バック
信号を記憶するフリップフロップを使ってもよい。

（１）　　Ｂ＝１、Ｎ＝０からＢ＝Ｏ１Ｎ＝１になった
場合、バックメモリを“１”とする。つまり、ニュート
ラルになる直前に、ギヤがバックであったという事であ
る。

（ｉｉ）　　Ｂ＝Ｏ，Ｎ＝ＯからＢ＝Ｏ１Ｎ＝１になっ
た場合、バックメモリを“Ｏ”とする。つまり、前進か
らニュートラルに切り換えられたという事である。

に）作　用 前進ばかりであれば、車輪速センサー１と地磁気センサ
ー２の出力から、第６図に示すような折線近似で（３Ｌ
　（４）を計算すればよい。

ところが、本発明では、バックポジションスイッチ６、
ニュートラルポジションスイッチ７の信号も入力信号と
して採用している。

ニュートラルであって、その直前がバックであれば、こ
れは後進として扱われ、その直前がドライブであればこ
れは前進として扱われる。これは、前述のバックメモリ
による。

第５図は演算のフローチャートである。

これにそって、位置演算を説明する。

ニュートラルポジションスイッチ７がニュートラルであ
るかどうか調べる。ニュートラルでなければ、さらにバ
ックポジションスイッチ６の状態を調べる。

もしもバック状態でなければ、これはギヤがドライブに
入っており、前進駆動されているということである。バ
ックメモリを“０”に設定する。そして、車輪速パルス
を前回の値に加算する。すなわち（１φ（＋７）の部分
算として Ｘ（前回の値）＋　ｌｔ　ｃｏｓｅｉ　　　　　　　　
（１８）Ｙ（前回の値）　＋１．　ｓｉｎθ１（１９）
という演算を行なう。

もしもバック状態であれば、バックメモリを“１″に設
定する。そして、車輪速パルスを前回の値から演算する
。すなわち（＋６）、（１７）の部分算とじてＸ　（前
回）値）　−ｌｉ　ｃｏｓｅ　１（２ｏ）Ｙ（前回の値
）　−ｊｐ、　５ｉｎｅｉ（２１）という計算を行なう
。車輪速パルスを加算するといっているが、ｌｉは単位
時間の走行距離であり、単位時間ΔＴでｘｉは で表現される。厳密にはパルス数にｌΔＴ／Ｚを乗じさ
らにｃｏｓｅ、５ｉｎｅを乗じたものである。しかし簡
単のために、このように表現しているのである。

以上のものは、トランスミッションギヤが、ドライブ（
前進）か、バック（後進）に入っている状態での走行で
ある。第３図の従来例と、この部分が同一になる。

本発明の特徴ある部分は、ニュートラルである場合に、
前後進を区別できるところにある。

ニュートラルである場合、バックメモリの値が“１”で
あるかどうかを調べる。

“１”でなければ、これはニュートラルで前進している
という事である。これは（１８）、（１９）のように、
車輪速パルスを前回の値に加算する。

バックメモリの値が“１”であれば、これは、ニュート
ラルで、惰性後進しているという事である。

本発明によってはじめてこの状態を検出し、適切な処理
ができるようになった。この時（２０）、（２１＋に示
すように、車輪速パルスを前回の値から減算する。

第６図に於て１７、θ７はギヤバックで、後進している
ものとする。点Ｑでギヤをニュートラルにし、かつ惰性
後進させたものとする。このときの値が４８、θ８であ
る。自動車は後向きであるから、ｅはマイナスＸ軸から
右まわりに測ったものとなる。

（ト）効　果 本発明のナビゲーションシステムは、バック信号の他に
、ニュートラル信号を入力信号として用いる。これしζ
よってニュートラル状パ態での惰性後進を惰性前進から
区別する事ができる。

このため、現在位置を蹟分計算する際、ニュートラル時
の惰性運転に基づく計算膜まりをなくすことができる。

こうして、より正確な計算を行なう事ができる。

特に、自動車の左右両輪の走行距離の差によって、車の
方位を計算する方式の場合、従来法では極めて重大な方
位誤差を生じた。しかし、本発明では、方位誤差が極め
て少い。その後の位置誤差も当然少い。

自軍位置の精分航法による演算は、推測航法、マツプマ
ツチング航法の基礎となる演算である。

ナビゲーションシステムにおけるルートガイドなどにお
いて、自軍位置を正確に知る事は極めて重要である。

本発明によって、自軍位置の演算の精度を著しく高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のナビゲーションシステムの構成図。 第２図はナビゲーションコントロールユニットのブロッ
ク図。 第３図は従来例にかかるナビゲーションシステムの構成
図。 第４図はギヤニュートラルで後進した場合の計算膜まり
の発生を説明するための軌跡線図。 第５図は本発明のナビゲーションシステムに於ける位置
演算のフローチャート。 第６図は位置演算を示すＸＹ座標上での折線軌跡図。 １・・・・・・・・・車輪速センサー ２・・・・・・・・・地磁気センサー ３・・・・・・・・・ナビゲーションコントロールユニ
ット４・・・・・・・・・表示装置 ５・・・・・・・・・指示入力装置 ６・・・・・・・・・バックポジションスイッチ７・・
・・・・・・・ニュートラルポジションスイッチ８・・
・・・・・・・地磁気センサーインタフェース９・・・
・・・・・・カ　　ウ　　ン　　タ１０・・・・・・・
・・ニュートラル信号インタフェース１１・・・・・・
・・・バック信号インタフェース１２・・・・・・・・
・演算装置 １３・・・・・・・・・ＲＯＭ １４・・・・・・・・・ＲＡＭ １５・・・・・・・・・スイッチインタフェース１６・
・・・・・・・・出力インタフェース１７・・・・・・
・・・バッチ　リ　−１８・・・・・・・・・バックラ
ンプ 発−明　者　　信　１）裕　明 １）　中　　二　　部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）自動車の進行方位を検出するための方位センサー
   と、走行速度を検出する速度センサーと、トランスミツ
   シヨンがバツクポジシヨンであるか否か、ニュートラル
   ポジシヨンであるか否かを検出するバツク状態検出器と
   ニユートラル状態検出器と、方位センサー、速度センサ
   ー、バツク状態検出器、ニュートラル状態検出器に接続
   されこれら検出器からの信号によつて、自動車の現在位
   置を演算し、地図とともに表示装置に表示するナビゲー
   シヨンコントロールユニツト３とよりなり、バツク状態
   が検出されている間及びそれに続くニユートラル検出状
   態では速度センサーより検出される速度信号を減算処理
   し、非バツク状態及びそれに続くニュートラル検出状態
   では速度センサーより検出される速度信号を加算処理す
   る事を特徴とするナビゲーシヨンシステム。
2. （２）速度センサーとして左右前車輪又は左右後車輪に
   とりつけた車輪速センサーを用い、左右の車輪の速度の
   差から自動車の回転角度をも同時に検出する事とし、バ
   ツク状態が検出されている間及びそれに続くニュートラ
   ル検出状態では、左右の車輪速センサーよりの速度信号
   を、それぞれ前回の走行位置より減算処理し、非バツク
   状態及びこれに続くニユートラル検出状態では左右の車
   輪速センサーの速度信号を、それぞれ前回の走行位置に
   加算処理する事を特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載のナビゲーシヨンシステム。